Sejt membrán- ez a sejtmembrán, amely a következő funkciókat látja el: a sejt tartalmának és a külső környezet szétválasztása, szelektív anyagszállítás (csere a sejten kívüli környezettel), egyes biokémiai reakciók helyszíne, a sejtek egyesülése a szövetekbe és a fogadásba.

A sejtmembránokat plazmára (intracelluláris) és külsőre osztják. Bármely membrán fő tulajdonsága a féligáteresztő képesség, vagyis az, hogy csak bizonyos anyagokat képes átadni. Ez lehetővé teszi a sejt és a külső környezet közötti szelektív cserét, vagy a sejtrekeszek közötti cserét.

A plazmamembránok lipoprotein struktúrák. A lipidek spontán módon kettős réteget (kettős réteget) alkotnak, és ebben „lebegnek” a membránfehérjék. A membránok több ezer különböző fehérjét tartalmaznak: szerkezeti, transzportereket, enzimeket stb. A fehérjemolekulák között pórusok vannak, amelyeken keresztül hidrofil anyagok jutnak át (a lipid kettős réteg megakadályozza azok közvetlen behatolását a sejtbe). A membrán felszínén néhány molekulához glikozilcsoportok (monoszacharidok és poliszacharidok) kapcsolódnak, amelyek a szövetképződés során részt vesznek a sejtfelismerési folyamatban.

A membránok vastagsága változó, általában 5-10 nm. A vastagságot az amfifil lipidmolekula mérete határozza meg, és 5,3 nm. A membránvastagság további növekedése a membránfehérje komplexek méretének köszönhető. A külső körülményektől függően (a koleszterin a szabályozó) a kettős réteg szerkezete megváltozhat, így sűrűbbé vagy folyékonyabbá válik - ettől függ az anyagok membránok mentén történő mozgásának sebessége.

A sejtmembránok közé tartoznak: plazmamembrán, kariolemma, endoplazmatikus retikulum membránjai, Golgi-készülék, lizoszómák, peroxiszómák, mitokondriumok, zárványok stb.

A lipidek vízben oldhatatlanok (hidrofób), de oldódnak szerves oldószerekben és zsírokban (lipofilitás). A lipidek összetétele a különböző membránokban nem azonos. Például a plazmamembrán sok koleszterint tartalmaz. A membránban a leggyakoribb lipidek a foszfolipidek (glicerofoszfatidok), a szfingomielinek (szfingolipidek), a glikolipidek és a koleszterin.

A foszfolipidek, szfingomielinek és glikolipidek két funkcionálisan különböző részből állnak: egy hidrofób, nem poláris részből, amely nem hordoz töltést - zsírsavakból álló „farok”, és egy hidrofil, amely töltött poláris „fejeket” - alkoholcsoportokat (például glicerint) tartalmaz.

A molekula hidrofób része általában két zsírsavból áll. Az egyik sav telített, a másik telítetlen. Ez határozza meg a lipidek azon képességét, hogy spontán kétrétegű (bilipid) membránstruktúrákat képezzenek. A membránlipidek a következő funkciókat látják el: gát, transzport, fehérje mikrokörnyezet, a membrán elektromos ellenállása.

A membránok fehérjemolekuláikban különböznek egymástól. Sok membránfehérje poláris (töltéshordozó) aminosavakban gazdag és nem poláris aminosavakkal (glicin, alanin, valin, leucin) rendelkező régiókból áll. Az ilyen fehérjék a membránok lipidrétegeiben úgy helyezkednek el, hogy nem poláris szakaszaik a membrán „zsíros” részébe merülnek, ahol a lipidek hidrofób szakaszai találhatók. Ezeknek a fehérjéknek a poláris (hidrofil) része kölcsönhatásba lép a lipidfejekkel, és a vizes fázis felé néz.

A biológiai membránoknak közös tulajdonságaik vannak:

A membránok zárt rendszerek, amelyek nem engedik, hogy a sejt és a rekeszek tartalma keveredjen. A membrán integritásának megsértése sejthalálhoz vezethet;

felületes (sík, oldalirányú) mobilitás. A membránokban az anyagok folyamatos mozgása zajlik a felületen;

membrán aszimmetria. A külső és felületi réteg szerkezete kémiailag, szerkezetileg és funkcionálisan heterogén.

Minden élő szervezet a sejt szerkezetétől függően három csoportra osztható (lásd 1. ábra):

1. Prokarióták (nem nukleáris)

2. Eukarióták (nukleáris)

3. Vírusok (nem sejtes)

Rizs. 1. Élő szervezetek

Ebben a leckében elkezdjük tanulmányozni az eukarióta szervezetek sejtjeinek szerkezetét, beleértve a növényeket, gombákat és állatokat. Sejtjeik a legnagyobbak és szerkezetükben összetettebbek a prokarióták sejtjeihez képest.

Mint ismeretes, a sejtek önálló tevékenységre képesek. Képesek anyagot és energiát cserélni a környezettel, valamint növekedni és szaporodni, ezért a sejt belső szerkezete nagyon összetett, és elsősorban attól függ, hogy a sejt milyen funkciót lát el egy többsejtű szervezetben.

Az összes cella felépítésének elve ugyanaz. Minden eukarióta sejtben a következő főbb részek különböztethetők meg (lásd 2. ábra):

1. A külső membrán, amely elválasztja a sejt tartalmát a külső környezettől.

2. Citoplazma organellumokkal.

Rizs. 2. Az eukarióta sejt fő részei

A "membrán" kifejezést körülbelül száz éve javasolták a sejt határaira, de az elektronmikroszkópia fejlődésével világossá vált, hogy a sejtmembrán a sejt szerkezeti elemeinek része.

J. D. Robertson 1959-ben megfogalmazott egy hipotézist az elemi membrán szerkezetéről, amely szerint az állatok és növények sejtmembránja azonos típus szerint épül fel.

1972-ben Singer és Nicholson javasolta, ami ma már általánosan elfogadott. E modell szerint bármely membrán alapja egy foszfolipidek kettős rétege.

A foszfolipidek (foszfátcsoportot tartalmazó vegyületek) molekulái egy poláris fejből és két nem poláris farokból állnak (lásd a 3. ábrát).

Rizs. 3. Foszfolipid

A foszfolipid kettősrétegben a hidrofób zsírsavmaradékok befelé, a hidrofil fejek, beleértve a foszforsavat, kifelé néznek (lásd 4. ábra).

Rizs. 4. Foszfolipid kettős réteg

A foszfolipid kettős réteget dinamikus szerkezetként mutatják be, a lipidek változtatva helyzetüket.

A kettős lipidréteg biztosítja a membrán barrier funkcióját, megakadályozva a sejt tartalmának szétterjedését, és megakadályozza a mérgező anyagok bejutását a sejtbe.

A sejt és a környezet közötti határmembrán jelenléte már jóval az elektronmikroszkóp megjelenése előtt ismert volt. A fizikai kémikusok tagadták a plazmamembrán létezését, és úgy vélték, hogy van határfelület az élő kolloid tartalom és a környezet között, de Pfeffer (német botanikus és növényfiziológus) 1890-ben megerősítette a létezését.

A múlt század elején Overton (brit fiziológus és biológus) felfedezte, hogy számos anyag vörösvértestekbe való behatolási sebessége egyenesen arányos lipidekben való oldhatóságukkal. Ezzel kapcsolatban a tudós azt javasolta, hogy a membrán nagy mennyiségű lipidet és anyagot tartalmaz, amelyek feloldódnak benne, áthaladnak rajta, és a membrán másik oldalára kerülnek.

1925-ben Gorter és Grendel (amerikai biológusok) lipideket izoláltak a vörösvértestek sejtmembránjából. A kapott lipideket elosztották a víz felszínén, egy molekula vastagságban. Kiderült, hogy a lipidréteg által elfoglalt felület kétszer akkora, mint magának a vörösvértestnek. Ezért ezek a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a sejtmembrán nem egy, hanem két lipidrétegből áll.

Dawson és Danielli (angol biológusok) 1935-ben azt javasolták, hogy a sejtmembránokban a lipid bimolekuláris réteg két fehérjemolekula réteg között helyezkedik el (lásd 5. ábra).

Rizs. 5. Dawson és Danielli által javasolt membránmodell

Az elektronmikroszkóp megjelenésével megnyílt a lehetőség a membrán szerkezetének megismerésére, majd kiderült, hogy az állati és növényi sejtek membránja háromrétegű szerkezetnek tűnik (lásd 6. ábra).

Rizs. 6. Sejtmembrán mikroszkóp alatt

1959-ben J. D. Robertson biológus az akkoriban rendelkezésre álló adatokat egyesítve hipotézist állított fel az „elemi membrán” szerkezetére vonatkozóan, amelyben egy minden biológiai membránra jellemző szerkezetet feltételezett.

Robertson posztulátumai az „elemi membrán” szerkezetéről

1. Minden membrán vastagsága körülbelül 7,5 nm.

2. Elektronmikroszkópban mindegyik háromrétegűnek tűnik.

3. A membrán háromrétegű megjelenése a fehérjék és poláris lipidek pontosan a Dawson és Danielli modell által biztosított elrendeződésének az eredménye - a központi lipid kettős réteg két fehérjeréteg között helyezkedik el.

Ez az „elemi membrán” szerkezetére vonatkozó hipotézis különféle változásokon ment keresztül, és 1972-ben terjesztették elő. folyadékmozaik membrán modell(lásd a 7. ábrát), amely ma már általánosan elfogadott.

Rizs. 7. Folyadék-mozaik membrán modell

A fehérjemolekulák a membrán lipid kettős rétegébe merülnek, mozgékony mozaikot alkotnak. A membránban elfoglalt helyük és a lipid kettősréteggel való kölcsönhatás módja alapján a fehérjék a következőkre oszthatók:

- felületes (vagy perifériás) a lipid kettősréteg hidrofil felületéhez kapcsolódó membránfehérjék;

- integrál (membrán) a kettősréteg hidrofób régiójába ágyazott fehérjék.

Az integrált fehérjék abban különböznek, hogy milyen mértékben vannak beágyazva a kettősréteg hidrofób régiójába. Teljesen elmeríthetők ( integrál) vagy részben elmerült ( félig integrált), és áthatolhat a membránon keresztül ( transzmembrán).

A membránfehérjék funkciójuk szerint két csoportra oszthatók:

- szerkezeti fehérjék. A sejtmembránok részét képezik, és részt vesznek szerkezetük fenntartásában.

- dinamikus fehérjék. A membránokon helyezkednek el, és részt vesznek a rajtuk zajló folyamatokban.

A dinamikus fehérjéknek három osztálya van.

1. Receptor. Ezen fehérjék segítségével a sejt különféle hatásokat érzékel a felszínén. Vagyis specifikusan megkötik a vegyületeket, például a hormonokat, a neurotranszmittereket és a toxinokat a membrán külső oldalán, ami jelzésként szolgál a sejten belüli vagy magán a membránon belüli különböző folyamatok megváltoztatásához.

2. Szállítás. Ezek a fehérjék bizonyos anyagokat szállítanak át a membránon, és csatornákat is képeznek, amelyeken keresztül a különböző ionok a sejtbe és onnan kijutnak.

3. Enzimatikus. Ezek olyan enzimfehérjék, amelyek a membránban helyezkednek el, és különféle kémiai folyamatokban vesznek részt.

Anyagok szállítása a membránon keresztül

A lipidkettős rétegek nagyrészt áthatolhatatlanok sok anyag számára, ezért nagy mennyiségű energia szükséges az anyagok membránon való átszállításához, és különféle struktúrák kialakítására is szükség van.

Kétféle közlekedés létezik: passzív és aktív.

Passzív szállítás

A passzív transzport a molekulák koncentrációgradiens mentén történő átvitele. Vagyis csak az átvitt anyag koncentrációjának különbsége határozza meg a membrán ellentétes oldalán, és energiafelhasználás nélkül hajtják végre.

A passzív szállításnak két típusa van:

- egyszerű diffúzió(lásd 8. ábra), amely egy membránfehérje részvétele nélkül történik. Az egyszerű diffúzió mechanizmusa gázok (oxigén és szén-dioxid), víz és néhány egyszerű szerves ion transzmembrán átvitelét végzi. Az egyszerű diffúzió sebessége alacsony.

Rizs. 8. Egyszerű diffúzió

- megkönnyített diffúzió(lásd 9. ábra) abban különbözik az egyszerűtől, hogy hordozófehérjék részvételével történik. Ez a folyamat specifikus, és nagyobb sebességgel megy végbe, mint az egyszerű diffúzió.

Rizs. 9. Könnyített diffúzió

A membrántranszport fehérjéknek két típusa ismert: a hordozófehérjék (transzlokázok) és a csatornaképző fehérjék. A transzportfehérjék specifikus anyagokat kötnek meg és a koncentrációgradiensük mentén szállítják a membránon keresztül, így ez a folyamat, mint az egyszerű diffúzió esetében, nem igényel ATP energia ráfordítást.

Az élelmiszer-részecskék nem tudnak átjutni a membránon, endocitózissal jutnak be a sejtbe (lásd 10. ábra). Az endocitózis során a plazmamembrán invaginációkat és kiemelkedéseket képez, és felfogja a szilárd táplálékrészecskéket. A táplálékbolus körül vakuólum (vagy hólyag) képződik, amely azután leválik a plazmamembránról, és a vakuólumban lévő szilárd részecske a sejt belsejébe kerül.

Rizs. 10. Endocitózis

Az endocitózisnak két típusa van.

1. Fagocitózis- szilárd részecskék felszívódása. A fagocitózist végző speciális sejteket nevezzük fagociták.

2. Pinocitózis- folyékony anyag (oldat, kolloid oldat, szuszpenzió) felszívódása.

Exocitózis(lásd 11. ábra) az endocitózis fordított folyamata. A sejtben szintetizált anyagok, például a hormonok a sejtmembránba illeszkedő membránvezikulákba csomagolódnak, beágyazódnak, és a vezikula tartalma kiszabadul a sejtből. Ugyanígy a sejt megszabadulhat azoktól a salakanyagoktól, amelyekre nincs szüksége.

Rizs. 11. Exocitózis

Aktiv szállitás

A könnyített diffúzióval ellentétben az aktív transzport az anyagok koncentrációgradiens ellenében történő mozgása. Ebben az esetben az anyagok egy alacsonyabb koncentrációjú területről egy magasabb koncentrációjú területre kerülnek. Mivel ez a mozgás a normál diffúzióval ellentétes irányban történik, a cellának energiát kell fordítania a folyamat során.

Az aktív transzport példái közül a legjobban tanulmányozott az úgynevezett nátrium-kálium pumpa. Ez a szivattyú nátriumionokat pumpál ki a sejtből, és káliumionokat pumpál a sejtbe, az ATP energiáját felhasználva.

1. Strukturális (a sejtmembrán választja el a sejtet a környezettől).

2. Szállítás (az anyagok a sejtmembránon keresztül szállítódnak, és a sejtmembrán egy erősen szelektív szűrő).

3. Receptor (a membrán felszínén elhelyezkedő receptorok érzékelik a külső hatásokat és továbbítják ezt az információt a sejten belül, lehetővé téve, hogy gyorsan reagáljon a környezet változásaira).

A membrán a fentieken kívül anyagcsere- és energiaátalakító funkciókat is ellát.

Metabolikus funkció

A biológiai membránok közvetlenül vagy közvetve részt vesznek a sejtben lévő anyagok metabolikus átalakulásának folyamataiban, mivel a legtöbb enzim a membránokhoz kapcsolódik.

Az enzimek lipidkörnyezete a membránban megteremti a működésük bizonyos feltételeit, korlátozza a membránfehérjék aktivitását, így szabályozó hatással van az anyagcsere folyamatokra.

Energia átalakító funkció

Számos biomembrán legfontosabb funkciója az egyik energiaforma átalakítása a másikba.

Az energiaátalakító membránok közé tartoznak a mitokondriumok belső membránjai és a kloroplasztiszok tilakoidjai (lásd 12. ábra).

Rizs. 12. Mitokondriumok és kloroplasztiszok

Bibliográfia

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Általános biológia 10-11 évfolyam Túzok, 2005.
2. Biológia. 10-es fokozat. Általános biológia. Alapszint / P.V. Izhevsky, O.A. Kornilova, T.E. Loshchilina és mások – 2. kiadás, átdolgozva. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pp.
3. Belyaev D.K. Biológia 10-11 évfolyam. Általános biológia. Alapszintű. - 11. kiadás, sztereotípia. - M.: Oktatás, 2012. - 304 p.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biológia 10-11 évfolyam. Általános biológia. Alapszintű. - 6. kiadás, add. - Túzok, 2010. - 384 p.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doctor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

Házi feladat

1. Milyen a sejtmembrán szerkezete?
2. Milyen tulajdonságok miatt képesek a lipidek membránok kialakítására?
3. Milyen funkcióinak köszönhetően vehetnek részt a fehérjék az anyagok membránon keresztüli szállításában?
4. Sorolja fel a plazmamembrán funkcióit!
5. Hogyan történik a passzív transzport a membránon keresztül?
6. Hogyan történik az aktív transzport a membránon keresztül?
7. Mi a feladata a nátrium-kálium pumpának?
8. Mi a fagocitózis, pinocitózis?

Sejtmembránok: szerkezetük és funkcióik

A membránok rendkívül viszkózus és egyben plasztikus szerkezetek, amelyek minden élő sejtet körülvesznek. A sejtmembránok funkciói:

1. A plazmamembrán egy gát, amely fenntartja az extra- és intracelluláris környezet eltérő összetételét.

2. A membránok speciális rekeszeket képeznek a sejten belül, azaz. számos organellum - mitokondriumok, lizoszómák, Golgi komplexum, endoplazmatikus retikulum, nukleáris membránok.

3. Az olyan folyamatokban, mint az oxidatív foszforiláció és a fotoszintézis energiaátalakításában részt vevő enzimek a membránokban lokalizálódnak.

Membrán szerkezet

1972-ben Singer és Nicholson a membránszerkezet folyékony mozaik modelljét javasolta. E modell szerint a működő membránok egy folyékony foszfolipid mátrixban oldott globuláris integrált fehérjék kétdimenziós oldata. Így a membránok alapja egy bimolekuláris lipidréteg, a molekulák rendezett elrendezésével.

Ebben az esetben a hidrofil réteget a foszfolipidek poláris feje (foszfátmaradék, amelyhez kolin, etanol-amin vagy szerin kapcsolódik), valamint a glikolipidek szénhidrát része alkotja. A hidrofób réteget pedig zsírsavak és szfingozin szénhidrogén gyökök, foszfolipidek és glikolipidek alkotják.

A membrán tulajdonságai:

1. Szelektív permeabilitás. A zárt kettős réteg biztosítja a membrán egyik fő tulajdonságát: a legtöbb vízoldható molekula számára átjárhatatlan, mivel nem oldódnak fel a hidrofób magjában. Az olyan gázok, mint az oxigén, a CO 2 és a nitrogén, könnyen behatolnak a sejtekbe molekuláik kis méretének és az oldószerekkel való gyenge kölcsönhatásnak köszönhetően. A lipid természetű molekulák, például a szteroid hormonok is könnyen behatolnak a kettős rétegbe.

2. Likviditás. A lipid kettős réteg folyékony kristályos szerkezetű, mivel a lipidréteg általában folyékony, de vannak megszilárdulási területei, hasonlóan a kristályos szerkezetekhez. Bár a lipidmolekulák helyzete rendezett, megtartják mozgásképességüket. A foszfolipidmozgások két típusa lehetséges: bukfenc (a tudományos irodalomban „flip-flopnak” nevezik) és oldalirányú diffúzió. Az első esetben a bimolekuláris rétegben egymással szemben álló foszfolipid molekulák egymás felé fordulnak (vagy bukfenceznek), és helyet cserélnek a membránban, i.e. a külső belsővé válik és fordítva. Az ilyen ugrások energiafelhasználással járnak, és nagyon ritkán fordulnak elő. Gyakrabban megfigyelhető a tengely körüli forgások (forgás) és az oldalirányú diffúzió - a rétegen belüli mozgás a membrán felületével párhuzamosan.

3. Membrán aszimmetria. Ugyanazon membrán felületei különböznek a lipidek, fehérjék és szénhidrátok összetételében (transzverzális aszimmetria). Például a foszfatidil-kolinok túlsúlyban vannak a külső rétegben, és a foszfatidil-etanol-aminok és a foszfatidil-szerinek a belső rétegben. A glikoproteinek és glikolipidek szénhidrát komponensei a külső felületre kerülnek, és egy folytonos szerkezetet alkotnak, amelyet glikokalixnak neveznek. A belső felületen nincsenek szénhidrátok. A fehérjék - hormonreceptorok a plazmamembrán külső felületén, az általuk szabályozott enzimek - adenilát-cikláz, foszfolipáz C - pedig a belső felületen, stb.

Membránfehérjék

A membránfoszfolipidek a membránfehérjék oldószereként működnek, és olyan mikrokörnyezetet hoznak létre, amelyben az utóbbiak működhetnek. A különböző fehérjék száma a membránban a szarkoplazmatikus retikulumban lévő 6-8-tól a plazmamembránban található több mint 100-ig terjed. Ezek enzimek, transzportfehérjék, szerkezeti fehérjék, antigének, beleértve a fő hisztokompatibilitási rendszer antigénjeit, különböző molekulák receptorai.

A membránban való elhelyezkedésük alapján a fehérjéket integrált (részben vagy teljesen a membránba merülve) és perifériás (a felületén található) fehérjékre osztják. Egyes integrált fehérjék többször összevarrják a membránt. Például a retina fotoreceptor és a β 2 -adrenerg receptor 7-szer keresztezi a kettős réteget.

Anyag és információ átvitele membránokon keresztül

A sejtmembránok nem szorosan zárt válaszfalak. A membránok egyik fő feladata az anyagok és információk átadásának szabályozása. A kis molekulák transzmembrán mozgása 1) diffúzióval, passzív vagy könnyített, és 2) aktív transzporttal történik. A nagy molekulák membránon keresztüli mozgása 1) endocitózissal és 2) exocitózissal történik. A membránokon keresztüli jelátvitel a plazmamembrán külső felületén található receptorok segítségével történik. Ebben az esetben a jel vagy átalakul (például glukagon cAMP), vagy internalizálódik, endocitózissal párosulva (például LDL - LDL receptor).

Az egyszerű diffúzió az anyagok behatolása a cellába elektrokémiai gradiens mentén. Ebben az esetben nincs szükség energiaköltségre. Az egyszerű diffúzió sebességét 1) az anyag transzmembrán koncentráció gradiense és 2) a membrán hidrofób rétegében való oldhatósága határozza meg.

Könnyített diffúzióval az anyagok a membránon is koncentrációgradiens mentén, energiaráfordítás nélkül, de speciális membránhordozó fehérjék segítségével jutnak át. Ezért a könnyített diffúzió számos paraméterben különbözik a passzív diffúziótól: 1) a könnyített diffúziót nagy szelektivitás jellemzi, mert a hordozófehérje aktív centrummal rendelkezik, amely komplementer a szállított anyaggal; 2) a könnyített diffúzió sebessége elérheti a platót, mert a hordozómolekulák száma korlátozott.

Egyes transzportfehérjék egyszerűen átviszik az anyagot a membrán egyik oldaláról a másikra. Ezt az egyszerű átvitelt passzív uniportnak nevezzük. Az uniportra példa a GLUT – glükóz transzporterek, amelyek a glükózt a sejtmembránokon keresztül szállítják. Más fehérjék kotranszportrendszerként működnek, amelyben az egyik anyag transzportja egy másik anyag egyidejű vagy egymás utáni szállításától függ, akár ugyanabban az irányban, amit passzív szimportnak nevezünk, vagy ellenkező irányban, passzív antiportnak nevezzük. A belső mitokondriális membrán transzlokázai, különösen az ADP/ATP transzlokáz passzív antiport mechanizmussal működnek.

Az aktív szállítás során az anyag átvitele koncentrációgradiens ellenében történik, ezért energiaköltségekkel jár. Ha a ligandumok membránon keresztüli átvitele ATP energiafelhasználással jár, akkor ezt az átvitelt elsődleges aktív transzportnak nevezzük. Ilyen például az emberi sejtek plazmamembránjában lokalizált Na + K + -ATPáz és Ca 2+ -ATPáz, valamint a gyomornyálkahártya H +,K + -ATPáza.

Másodlagos aktív szállítás. Egyes anyagok koncentrációgradienssel szembeni transzportja a Na + (nátrium-ionok) egyidejű vagy egymás utáni szállításától függ a koncentrációgradiens mentén. Sőt, ha a ligandum ugyanabba az irányba kerül át, mint a Na +, akkor a folyamatot aktív szimportnak nevezzük. Az aktív szimport mechanizmusa szerint a glükóz a bél lumenéből szívódik fel, ahol koncentrációja alacsony. Ha a ligandum a nátriumionokkal ellentétes irányban kerül átadásra, akkor ezt a folyamatot aktív antiportnak nevezzük. Ilyen például a plazmamembrán Na +,Ca 2+ hőcserélője.

Között A sejtmembrán fő funkciói megkülönböztethetők: gát, transzport, enzimatikus és receptor. A sejtes (biológiai) membrán (más néven plazmalemma, plazma vagy citoplazmatikus membrán) megvédi a sejt tartalmát vagy sejtszervecskéit a környezettől, szelektív permeabilitást biztosít az anyagok számára, enzimek helyezkednek el rajta, valamint olyan molekulák, amelyek képesek „megfogni” ” különféle kémiai és fizikai jelek.

Ezt a funkcionalitást a sejtmembrán speciális szerkezete biztosítja.

A földi élet kialakulásában sejt általában csak a membrán megjelenése után alakulhatott ki, amely elválasztotta és stabilizálta a belső tartalmat, és megakadályozta azok szétesését.

A homeosztázis (a belső környezet relatív állandóságának önszabályozása) fenntartása szempontjából a sejtmembrán barrier funkciója szorosan összefügg a transzporttal.

A kis molekulák „segítők” nélkül képesek átjutni a plazmalemmán, koncentrációgradiens mentén, azaz egy adott anyag nagy koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre. Ez a helyzet például a légzésben részt vevő gázok esetében. Az oxigén és a szén-dioxid a sejtmembránon keresztül abban az irányban diffundál, ahol koncentrációjuk jelenleg alacsonyabb.

Mivel a membrán többnyire hidrofób (a lipid kettős réteg miatt), a poláris (hidrofil) molekulák, még a kicsik is, gyakran nem tudnak áthatolni rajta. Ezért számos membránfehérje az ilyen molekulák hordozójaként működik, kötődik hozzájuk és szállítja a plazmalemmán keresztül.

Az integrált (membránáteresztő) fehérjék gyakran a csatornák nyitásának és zárásának elvén működnek. Amikor bármely molekula megközelíti az ilyen fehérjét, kötődik hozzá, és megnyílik a csatorna. Ez vagy más anyag áthalad a fehérjecsatornán, ami után a konformációja megváltozik, és a csatorna bezárul ehhez az anyaghoz, de megnyílhat, hogy áthaladjon egy másik. A nátrium-kálium pumpa ezen az elven működik, káliumionokat pumpál a sejtbe, és nátriumionokat pumpál ki belőle.

A sejtmembrán enzimatikus funkciója nagyobb mértékben a sejtszervecskék membránjain valósul meg. A sejtben szintetizált fehérjék többsége enzimatikus funkciót lát el. Egy bizonyos sorrendben a membránon „ülve” szállítószalagot szerveznek, amikor az egyik enzimfehérje által katalizált reakciótermék a másikhoz lép. Ezt a „szállítószalagot” a plazmalemma felszíni fehérjéi stabilizálják.

Az összes biológiai membrán szerkezetének egyetemessége ellenére (egy elv szerint épülnek fel, szinte azonosak minden szervezetben és különböző membránsejt-struktúrákban), kémiai összetételük továbbra is eltérhet. Vannak folyékonyabbak és szilárdabbak, egyesek bizonyos fehérjékből többet, mások kevesebbet. Ezenkívül ugyanazon membrán különböző oldalai (belső és külső) is különböznek.

A sejtet kívülről körülvevő membrán (citoplazma) számos szénhidrátláncot tartalmaz lipidekhez vagy fehérjékhez (ami glikolipidek és glikoproteinek képződését eredményezi). Sok ilyen szénhidrát szolgál receptor funkció, érzékeny bizonyos hormonokra, észleli a környezetben bekövetkező fizikai és kémiai mutatók változásait.

Ha például egy hormon a sejtreceptorához kapcsolódik, akkor a receptormolekula szénhidrát része megváltoztatja a szerkezetét, majd a kapcsolódó fehérjerész szerkezete megváltozik, amely áthatol a membránon. A következő szakaszban a sejtben különböző biokémiai reakciók indulnak be vagy szuszpendálódnak, azaz megváltozik az anyagcseréje, és megindul a sejtválasz az „ingerre”.

A sejtmembrán felsorolt ​​négy funkciója mellett más is megkülönböztethető: mátrix, energia, marking, sejtközi kontaktusok kialakítása stb. Ezek azonban a már figyelembe vett „alfunkciók”-nak tekinthetők.

Sejt membrán plazma (vagy citoplazmatikus) membránnak és plazmalemmának is nevezik. Ez a szerkezet nemcsak a sejt belső tartalmát választja el a külső környezettől, hanem része a legtöbb sejtszervecsnek és a sejtmagnak is, elválasztva azokat a hialoplazmától (citoszol) - a citoplazma viszkózus-folyékony részétől. Egyezzünk meg, hogy felhívunk citoplazmatikus membrán amelyik elválasztja a sejt tartalmát a külső környezettől. A többi kifejezés az összes membránt jelöli.

A sejtes (biológiai) membrán szerkezete kettős lipidrétegen (zsírok) alapul. Egy ilyen réteg kialakulása molekuláik jellemzőivel függ össze. A lipidek nem oldódnak vízben, hanem a maguk módján kondenzálódnak benne. Egyetlen lipidmolekula egyik része poláris fej (vonzza a víz, azaz hidrofil), a másik pedig egy pár hosszú, nem poláris farok (a molekulának ezt a részét a víz taszítja, azaz hidrofób). Ez a molekulaszerkezet arra készteti őket, hogy „elrejtsenek” a farkukat a víz elől, és sarki fejüket a víz felé fordítsák.

Ennek eredményeként lipid kettős réteg képződik, amelyben a nem poláris farok befelé (egymással szemben), a poláris fejek pedig kifelé (a külső környezet és a citoplazma felé) helyezkednek el. Egy ilyen membrán felülete hidrofil, de belül hidrofób.

A sejtmembránokban a lipidek között a foszfolipidek dominálnak (ezek a komplex lipidekhez tartoznak). A fejük foszforsav-maradékot tartalmaz. A foszfolipideken kívül vannak glikolipidek (lipidek + szénhidrátok) és koleszterin (a szterolokhoz kapcsolódóan). Ez utóbbi merevséget ad a membránnak, vastagságában a megmaradt lipidek farka között helyezkedik el (a koleszterin teljesen hidrofób).

Az elektrosztatikus kölcsönhatás következtében egyes fehérjemolekulák kötődnek a töltött lipidfejekhez, amelyek felületi membránfehérjékké válnak. Más fehérjék kölcsönhatásba lépnek a nem poláris farokkal, részben eltemetődnek a kettős rétegben, vagy áthatolnak rajta.

Így a sejtmembrán kétrétegű lipidekből, felszíni (perifériás), beágyazott (félig integrált) és átjárható (integrális) fehérjékből áll. Ezenkívül a membránon kívül néhány fehérje és lipid szénhidrátláncokhoz kapcsolódik.

Ez membránszerkezet folyadékmozaik modellje század 70-es éveiben terjesztették elő. Korábban egy szendvics szerkezeti modellt feltételeztek, amely szerint a lipid kettősréteg a membránon belül helyezkedik el, a membránon belül és kívül pedig folyamatos felületi fehérjerétegek borítják. A kísérleti adatok felhalmozódása azonban megcáfolta ezt a hipotézist.

A membránok vastagsága a különböző sejtekben körülbelül 8 nm. A membránok (akár az egyik oldala is) különböznek egymástól a különböző típusú lipidek, fehérjék százalékos arányában, az enzimaktivitásban stb. Egyes membránok folyékonyabbak és áteresztőbbek, mások sűrűbbek.

A sejtmembrán törések könnyen összeolvadnak a lipid kettősréteg fizikai-kémiai tulajdonságai miatt. A membrán síkjában a lipidek és a fehérjék (hacsak nincsenek a citoszkeletonhoz rögzítve) mozognak.

A sejtmembrán funkciói

A sejtmembránba merülő fehérjék többsége enzimatikus funkciót lát el (enzimek). Gyakran (különösen a sejtszervecskék membránjaiban) az enzimek meghatározott sorrendbe rendeződnek úgy, hogy az egyik enzim által katalizált reakciótermékek átjutnak a másodikba, majd a harmadikba stb. Kialakul egy szállítószalag, amelyet a felszíni fehérjék stabilizálnak, mert nem engedik, hogy az enzimek a lipid kettősréteg mentén lebegjenek.

A sejtmembrán a környezettől elhatároló (barrier) funkciót és egyben szállító funkciókat lát el. Elmondhatjuk, hogy ez a legfontosabb célja. A citoplazmatikus membrán erős és szelektív permeabilitása megőrzi a sejt belső összetételének (homeosztázisának és integritásának) állandóságát.

Ebben az esetben az anyagok szállítása többféleképpen történik. A koncentráció gradiens mentén történő szállítás az anyagok mozgását jelenti egy magasabb koncentrációjú területről egy alacsonyabb koncentrációjú területre (diffúzió). Például a gázok (CO 2 , O 2 ) diffundálnak.

Koncentrációs gradiens ellen is van transzport, de energiafogyasztással.

A szállítás lehet passzív és könnyített (amikor valamilyen fuvarozó segíti). A zsírban oldódó anyagok passzív diffúziója a sejtmembránon keresztül lehetséges.

Vannak speciális fehérjék, amelyek a membránokat áteresztővé teszik a cukrok és más vízben oldódó anyagok számára. Az ilyen hordozók a szállított molekulákhoz kötődnek, és áthúzzák azokat a membránon. Így szállítódik a glükóz a vörösvértestekben.

A befűző fehérjék egyesülve pórusokat képeznek bizonyos anyagok membránon való áthaladásához. Az ilyen hordozók nem mozognak, hanem csatornát képeznek a membránban, és az enzimekhez hasonlóan működnek, megkötve egy adott anyagot. Az átvitel a fehérje konformációjának megváltozása miatt következik be, ami csatornák kialakulását eredményezi a membránban. Ilyen például a nátrium-kálium szivattyú.

Az eukarióta sejtmembrán transzport funkciója szintén endocitózison (és exocitózison) keresztül valósul meg. Ezeknek a mechanizmusoknak köszönhetően a biopolimerek nagy molekulái, akár egész sejtek is bejutnak a sejtbe (és onnan is). Az endo- és exocitózis nem minden eukarióta sejtre jellemző (a prokariótákban egyáltalán nincs). Így endocitózis figyelhető meg a protozoonokban és az alacsonyabb rendű gerincteleneknél; emlősökben a leukociták és a makrofágok felszívják a káros anyagokat és baktériumokat, azaz az endocitózis védő funkciót lát el a szervezet számára.

Az endocitózis a következőkre oszlik fagocitózis(a citoplazma nagy részecskéket burkol be) és pinocitózis(folyadékcseppek befogása a benne oldott anyagokkal). Ezeknek a folyamatoknak a mechanizmusa megközelítőleg azonos. A sejtek felszínén felszívódott anyagokat membrán veszi körül. Hólyag (fagocita vagy pinocita) képződik, amely azután a sejtbe költözik.

Az exocitózis az anyagok (hormonok, poliszacharidok, fehérjék, zsírok stb.) eltávolítása a sejtből a citoplazma membrán által. Ezeket az anyagokat a membrán vezikulák tartalmazzák, amelyek megközelítik a sejtmembránt. Mindkét membrán összeolvad, és a tartalom a sejten kívül jelenik meg.

A citoplazmatikus membrán receptor funkciót lát el. Ennek érdekében a külső oldalán olyan szerkezetek helyezkednek el, amelyek képesek felismerni a kémiai vagy fizikai ingereket. A plazmalemmán áthatoló fehérjék egy része kívülről poliszacharidláncokhoz kapcsolódik (glikoproteineket képezve). Ezek sajátos molekuláris receptorok, amelyek megragadják a hormonokat. Amikor egy bizonyos hormon a receptorához kötődik, megváltoztatja annak szerkezetét. Ez viszont beindítja a sejtes válaszmechanizmust. Ebben az esetben csatornák nyílhatnak meg, és bizonyos anyagok elkezdhetnek belépni vagy kilépni a cellából.

A sejtmembránok receptor funkcióját jól tanulmányozták az inzulin hormon hatása alapján. Amikor az inzulin a glikoprotein receptorához kötődik, a fehérje katalitikus intracelluláris része (adenilát-cikláz enzim) aktiválódik. Az enzim ciklikus AMP-t szintetizál az ATP-ből. Már aktiválja vagy elnyomja a sejtanyagcsere különféle enzimeit.

A citoplazma membrán receptor funkciója magában foglalja az azonos típusú szomszédos sejtek felismerését is. Az ilyen sejtek különféle intercelluláris érintkezésekkel kapcsolódnak egymáshoz.

A szövetekben az intercelluláris kontaktusok segítségével a sejtek speciálisan szintetizált kis molekulatömegű anyagok felhasználásával információt cserélhetnek egymással. Az ilyen kölcsönhatások egyik példája az érintkezésgátlás, amikor a sejtek növekedése leáll, miután információt kaptak arról, hogy szabad hely van elfoglalva.

Az intercelluláris kontaktusok lehetnek egyszerűek (a különböző sejtek membránjai egymás mellett vannak), zárás (egy sejt membránjának behatolása a másikba), dezmoszómák (amikor a membránokat keresztirányú rostok kötegei kötik össze, amelyek áthatolnak a citoplazmán). Ezenkívül létezik a közvetítők (közvetítők) - szinapszisok - miatt az intercelluláris kapcsolatok egy változata. Ezekben nemcsak kémiailag, hanem elektromosan is továbbítják a jelet. A szinapszisok jeleket továbbítanak az idegsejtek között, valamint az idegtől az izomsejtekig.